JP2005012588A - 車両用ガラスアンテナ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な構造でＡＭおよびＦＭ帯域の電波を受信できる車両用ガラスアンテナ装置を提供する。
【解決手段】サイドガラス１０には、透明導電膜１４が形成されており、透明導電膜の周囲には、幅広の銀プリント線１６が形成され、さらに透明導電膜１４を囲むように、車体と容量結合するループ状銀プリント線１８が設けられる。このようにして、ループ状銀プリント線１８と透明導電膜１４との隙間に開口部２０が構成される。透明導電膜１４とループ状銀プリント線１８との間に短絡部２４が設けられる。アンテナには、同軸のＡＭ／ＦＭ給電線２２が設けられている。この給電線の中心導体は、銀プリント線１６と接続され、外部導体は車体１２に接続されている。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両用ガラスアンテナ装置、特にＡＭおよびＦＭ放送を受信できる車両用ガラスアンテナ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＡＭおよびＦＭ放送を受信する車両用のアンテナ装置には、ロッドアンテナがあるが、アンテナが車外に突き出るため損傷を受けやすい。そこでロッドアンテナに代わるものとして、窓ガラスに銀粉を含むペーストでプリントした銀プリント線をパターン状に設けた、いわゆるガラスアンテナ装置がある。
【０００３】
このような銀プリント線を用いたガラスアンテナ装置では、例えばサイドウィンドウのように面積が小さい場合には、ＦＭ帯域（７６〜９０ＭＨｚ）の感度を良くするためには、アンテナパターンが複雑になり、サイドウィンドウの見映えがよくない。
【０００４】
また、車両のガラス窓に設けられた太陽光線等の熱線を反射する透明導電膜を利用して車体の金属部分との間に開口部（スロット）を作り、スロットアンテナとして機能させるものがある（特許文献１，２，３参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開平６−４５８１７号公報
【特許文献２】
特開平９−１７５１６６号公報
【特許文献３】
特開２００２−２９０１４５号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記特許文献１に記載のアンテナは、車両のフロントガラスに設けられるスロットアンテナである。一般に、「スロットアンテナ」という技術用語は、導体板に設けられた一定の長さおよび幅を有する開口部を有するアンテナを意味する。したがって、開口部の形状にかかわらず両端部を有する。特許文献１のスロットアンテナは、完全なループ状開口部で構成されているので、両端部を有さず、したがって広義のスロットアンテナである。このスロットアンテナのインピーダンスを同軸給電線のインピーダンスと整合させるのに、キャパシタンスを有するインタフェース領域を設けており、構造が複雑である。
【０００７】
また上記特許文献２に記載のアンテナは、広い周波数帯域を受信するために、スロットアンテナに加えて、スロットの中にアンテナ素子を設けた複合構造としなければならず、構成が複雑となる。
【０００８】
上記特許文献３には、ＦＭ帯域およびＴＶ帯域を受信できるスロットアンテナを開示している。そして、このスロットアンテナは、アンテナとして機能させるための、導電性フィルムと車体とを導通させる導通部が２箇所において設けられており、受信できる帯域はＦＭ放送およびＴＶ放送に限られており、ＡＭ放送は受信できない。
【０００９】
本発明の目的は、簡単な構造でＡＭおよびＦＭ帯域の電波を受信できる車両用ガラスアンテナ装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の車両用ガラスアンテナ装置は、ＡＭ放送受信用に平面アンテナとして機能し、ＦＭ放送受信用にスロットアンテナとして機能できるように構成されている。本発明における「スロットアンテナ」という用語は、導体板に設けられた一定の長さおよび幅を有する開口部を有するアンテナを意味する。なお、この明細書において、開口部という用語は、導電部材の一部が除去されて形成された開口部分を示すものとして用いる。したがって、スロットアンテナは、開口部の形状にかかわらず両端部を有している。
【００１１】
本発明によれば、導電部と、この導電部を取り囲む導電プリント線との間に、ループ状の開口部を形成し、この開口部に１箇所、短絡部を設けることによって、この開口部をＦＭ用のスロットアンテナとして機能させる。このとき、前述したスロットアンテナの定義よりすれば、導電プリント線は、交流的に車両の金属部分と接続されなければならない。導電プリント線は、窓ガラスの周囲に沿って設けられているので、車両の金属部分とは容量結合しており、前述した条件を満足する。
【００１２】
一方、短絡部によって接続された導電部と導電プリント線とを、ＡＭ用の面状アンテナとして機能させる。このとき、面状アンテナとして働くためには、車両の金属部分とは、交流的に接続されてはならない。導電プリント線は、車両の金属部分に対して、ＡＭ帯域でのインピーダンスが高くなるように設定されているので、上記条件を満足する。
【００１３】
以上により、本発明の車両用ガラスアンテナ装置を、面状アンテナとスロットアンテナとの機能を実現し、ＡＭおよびＦＭ放送の受信を可能にしている。
【００１４】
本発明の車両用ガラスアンテナ装置は、車両の窓ガラスを囲む金属部分に近接した領域を残して形成された導電部と、前記領域内に、前記導電部を取り囲んで開口部を形成し、および前記車両の金属部分と容量結合するように設けられたループ状導電プリント線と、前記導電部と前記導電プリント線とを短絡する短絡部と、中心導体が前記導電プリント線に、外部導体が前記金属部分に接続された同軸給電線とを備え、前記導電部および導電プリント線は、ＡＭアンテナとして機能し、前記開口部は、ＦＭアンテナとして機能する。
【００１５】
前記短絡部は、前記開口部により構成されるスロットアンテナのインピーダンスと、前記同軸給電線のインピーダンスとがマッチングするような位置に設けられている。
【００１６】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の車両用ガラスアンテナ装置の一実施の形態を示す。このガラスアンテナ装置は、車両のサイドウィンドウに設けた例である。
【００１７】
サイドウィンドウを構成するサイドガラス１０は、金属よりなる車体１２により取り囲まれている。サイドガラス１０には、太陽光線等の熱線を反射することのできる透明導電膜１４が形成されており、透明導電膜の周囲には、幅広の銀プリント線１６が形成され、さらに透明導電膜１４を囲むように、車体１２と容量結合するループ状銀プリント線１８が銀プリント線により設けられる。このようにして、銀プリント線１８と透明導電膜１４との隙間に開口部２０が構成される。透明導電膜１４とループ状銀プリント線１８との間に短絡部（ショートスタブ）２４が設けられ、透明導電膜１４とループ状銀プリント線１８とが直流的に接続される。
【００１８】
透明導電膜１４の周囲に銀プリント線１６を形成する目的は、後述する同軸給電線の中心導体の接続を容易にするためと、電流の流れをよくしてスロットアンテナの感度を向上させるためである。
【００１９】
また、ループ状銀プリント線１８を形成する目的は、ＡＭ帯域では主に透明導電膜１４と共に面状アンテナとして機能させ、ＦＭ帯域では、車体１２と容量結合して車体と等価として、透明導電膜１４とループ状銀プリント線１８との間の開口部２０を、スロットアンテナとして機能させることにある。
【００２０】
透明導電膜１４は、サイドガラスの表面に直接に形成する、あるいは透明導電フィルムをサイドガラスに貼り付ける、あるいはサイドガラスが合わせガラスの場合には、中間層に積層することができる。なお、透明導電膜は、面抵抗値が低い（例えば４Ω／□以下）ことが好ましい。
【００２１】
図１のアンテナ装置には、同軸のＡＭ／ＦＭ給電線２２が設けられている。この給電線の中心導体は、銀プリント線１６にはんだ付けされ、外部導体は車体１２にはんだ付けされる。
【００２２】
ＡＭ／ＦＭ用同軸給電線２２の中心導体，外部導体の接続は、はんだ付け以外に、電気的な接続が確実にできるような端子やコネクタで接続してもよい。特に、合わせガラスの透明導電膜に接続するときは、合わせガラスにはめ込めるようなフィルム状のコネクタが用いられる。
【００２３】
なお、ＡＭ／ＦＭ用同軸給電線２２の位置は、設計，製造上可能な位置に任意に決めることができる。
【００２４】
図１のガラスアンテナ装置では、ＡＭアンテナには、透明導電膜１４およびループ状銀プリント線１８が面状アンテナとして用いられ、ＦＭアンテナには、短絡された開口部２０がスロットアンテナとして用いられる。前述したように、開口部２０をスロットアンテナとして機能させるには、車体１２と透明導電膜１４と電気的に短絡しなければならない。このために、短絡部（ショートタブ）２４が設けられる。
【００２５】
短絡部２４の設置位置は、次のように選ばれる。すなわち、開口部２０がＦＭ用のスロットアンテナを形成しているときに、このスロットアンテナのインピーダンスが、ＡＭ／ＦＭ用同軸給電線２２のインピーダンスとマッチングするようにする。
【００２６】
スロットアンテナのインピーダンスは、スロットアンテナの長さＬ（開口部の長さ），スロットアンテナの幅（開口部の幅），銀プリント線の抵抗，同軸給電線の給電位置に対する短絡部２４の位置によって決まる。短絡部の位置は、シミュレーションによって、ある程度予測できるが、最終的にはインピーダンスを測定することにより決めることになる。
【００２７】
以上のような構造のアンテナ装置において、スロットアンテナの長さＬは、受信する帯域の中心周波数の波長をλ_Ｏ としたときに、
【００２８】
【数１】
Ｌ＝（λ_Ｏ ／ｎ）×ｋ
但し、ｎは１，２，４…、ｋはガラスによるアンテナ寸法の短縮率であり、ｋ＝０．５５〜１．０を満足することが望ましい。なお、この短縮率とは、誘電体基板（この場合、ガラス板）を伝搬する電波の伝搬速度に関係するもので、スロットアンテナが共振するように、誘電体基板上に形成されるアンテナの寸法が、誘電体基板のない場合に想定されるアンテナ寸法に比べて小さくなる比率をいう。上記条件を満足するように、開口部の長さを決めるのが良い。
【００２９】
本発明の車両用ガラスアンテナ装置が、面積の小さいサイドガラスに形成される場合には、上記数１において、ｎ＝２、すなわち１／２波長で共振するように開口部の長さが決定される。
【００３０】
ＦＭ放送（７６〜９０ＭＨｚ）は、スロットアンテナで受信されるので、最大の１／２波長は、約１．９５ｍである。したがって、スロットアンテナの長さＬは、ｋ＝０．６５として、約１．５ｍ以内にするのが好適である。
【００３１】
また、開口部の幅は、（０．０００４λ_Ｏ 〜０．０２λ_Ｏ ）×ｋの範囲で決定される。
【００３２】
さらに、ループ状銀プリント線１８と車体１２との間隔は、ＡＭ帯域に対してはインピーダンスが高く、ＦＭ帯域に対してはインピーダンスが低くなるように調整する。目安としては、ＡＭ帯域で２０〜３０ｐＦの容量となるように調整する。
【００３３】
また、透明導電膜周囲の銀プリント線１６およびループ状銀プリント線１８は、同軸給電線２２の中心導体の接続，アンテナ効率の点から５ｍｍ以上の幅であることが望ましい。
【００３４】
以上のように開口部の長さおよび幅を有するスロットアンテナを設計する場合、透明導電膜１４およびループ状銀プリント線１８はＡＭ放送を受信する面状アンテナとして働くので、ＡＭ感度の点から、ループ状銀プリント線１８が囲む面積が決まってくる。したがって、窓ガラスの面積でＡＭ感度が決定される。ＡＭ感度の点から、窓ガラスの面積は０．１４ｍ^２ 以上が望ましい。
【００３５】
以上のことから、本発明の車両用ガラスアンテナ装置が形成される車両窓ガラスの面積は、１／２波長で共振させる場合、少なくとも０．１４ｍ^２ あればよい。このことから、本発明の車両用ガラスアンテナ装置は、面積の小さいサイドウィンドウに形成することが可能となる。
【００３６】
一例として開口部２０の縦寸法が４００ｍｍ、横寸法が３５０ｍｍのとき、開口部の長さＬは１５００ｍｍとなり、ＦＭ帯域（７６〜９０ＭＨｚ）の中心周波数８３ＭＨｚで、１／２波長は約１．８ｍで、短縮率を考慮すると上記数１の関係式（ｎ＝２）を満足する。また、窓ガラスの面積は０．１４ｍ^２ となるので、ＡＭ感度に必要な条件を満足する。このような寸法の車両用ガラスアンテナ装置は、ＡＭ帯域とＦＭ帯域の両方の電波を良好に受信することが、理解されるであろう。また、例えば０．１５ｍ^２ の面積の面積のサイドウィンドウであれば、本発明の車両用ガラスアンテナ装置を容易に形成できることが、理解されるであろう。
【００３７】
以下、図１のガラスアンテナ装置を、ＡＭアンテナ，ＦＭアンテナとして機能させる場合の動作を説明する。
（１）ＡＭアンテナ
ＡＭ帯域では、透明導電膜１４と、これに電気的に短絡されたループ状銀プリント線１８とが、面状アンテナとなり、ＡＭアンテナとして機能する。
（２）ＦＭアンテナ
ループ状銀プリント線１８は、ＦＭ帯域では車体１２と容量結合するため、車体と等価となる。よって、透明導電膜１４とループ状銀プリント線１８との間にはスロットアンテナが形成される。なお、短絡部２４は、スロットアンテナのインピーダンスが給電線２４のインピーダンスにマッチングするような位置に設けられるので、良好な感度が得られる。
【００３８】
以上の実施の形態において、前述したようにサイドガラスの面積は、０．１５ｍ^２ 以上が実用的である。また、透明導電膜１４とループ状銀プリント線１８との間隔は、１０〜３０ｍｍの範囲でＦＭのインピーダンスを調整する。
【００３９】
以上の実施の形態では、透明導電膜を用いた。しかし、これに限られるものではなく、銀プリント線よりなるはしご状の導電パターン部とすることができる。図２に、銀プリント線をガラス表面上に形成して構成した導電パターン部の一例を示す。この導電パターン部は、矩形の周囲部の銀プリント線４０と、中央部の複数本の銀プリント線４２とで構成される。中央部の銀プリント線４２は、見映えとＡＭ感度を考慮して本数を決定すればよい。３本以上あれば、透明導電膜と同等の感度が得られる。
【００４０】
また、車体１２とループ状銀プリント線１８との間はコンデンサとして働くので、等価な集中定数としてのコンデンサに置き換えても良い。その場合は、短絡部２４の位置で、コンデンサの一端を透明導電膜１４に接続し、他端を車体１２に直接接続する。
【００４１】
以上の実施の形態では、共振波長を１／２波長としてアンテナ装置を車両のサイドガラスに設置したが、数１において共振波長を１波長とすれば、フロントガラスやリアガラスに設置することができる。
【００４２】
フロントガラスに展開する場合は、図３に示すように、透明導電膜１４を用いる。構造はサイドガラスの場合と同様であり、したがって、図１と同一の部材には同一の参照番号を付して示す。ＦＭ放送（７６〜９０ＭＨｚ）をスロットアンテナで受信する場合、最大の１波長は約３．９ｍであり、短絡率を考慮して、フロントガラスに形成できることがわかる。
【００４３】
リアガラスに展開する場合は、熱線または透明導電膜を用いる。図４に、熱線５０を用いた例を示す。銀プリント線５２が、熱線５０を取り囲むようにして形成され、熱線５０に電気的に接続される。銀プリント線５２を囲むように、車体と容量結合するループ状銀プリント線１８が銀プリント線で設けられる。このようにして、ループ状銀プリント線１８と銀プリント線１６との隙間に開口部２０が構成される。銀プリント線５２とループ状銀プリント線１８との間に短絡部２４が設けられる。アンテナには、ＡＭ／ＦＭ用の同軸給電線２２が接続される。なお、給電線２６と同軸給電線２２の中心導体は、コンデンサを介して接続されるとよい。これは、熱線に流れるＤＣ電流が、同軸給電線２２に流入することを防止するためである。
【００４４】
この車両用ガラスアンテナ装置も、図１の装置と同様に機能することができる。
【００４５】
【発明の効果】
本発明によれば、以下の効果が得られる。
（１）ＡＭおよびＦＭ帯域の電波を受信できる車両用ガラスアンテナ装置を簡単な構造で提供することができる。
（２）窓ガラスの周囲を利用してスロットアンテナを形成するため、ＦＭ帯域で十分な長さのアンテナ長が得られるため、窓ガラスの面積が小さいときでも、ＦＭ帯域（７６〜９０ＭＨｚ）の感度が良い。
（３）銀プリント線とループ状銀プリント線とを短絡する短絡部の位置は、スロットアンテナのインピーダンスが給電線のインピーダンスにマッチングするように選ばれるため、透明導電膜を用いる場合でも、小面積の窓ガラスで感度が良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の車両用ガラスアンテナ装置の一実施形態を示す図である。
【図２】銀プリント線をガラス表面上に形成して構成した導電パターン部の一例を示す図である。
【図３】フロントガラスに展開したガラスアンテナ装置を示す図である。
【図４】熱線を利用したガラスアンテナ装置を示す図である。
【符号の説明】
１０ サイドガラス
１２ 車体
１４ 透明導電膜
１６，４０，４２ 銀プリント線
１８ ループ状銀プリント線
２０ 開口部（スロット）
２４ 短絡部
５０ 熱線

Claims (9)

1. 車両の窓ガラスを囲む金属部分に近接した領域を残して形成された導電部と、
   前記領域内に、前記導電部を取り囲んで開口部を形成し、および前記車両の金属部分と容量結合するように設けられたループ状導電プリント線と、
   前記導電部と前記導電プリント線とを短絡する短絡部と、
   中心導体が前記導電プリント線に、外部導体が前記金属部分に接続された同軸給電線とを備え、
   前記導電部および導電プリント線は、ＡＭアンテナとして機能し、
   前記開口部は、ＦＭアンテナとして機能する、車両用ガラスアンテナ装置。
2. 請求項１に記載の車両用ガラスアンテナ装置において、
   前記短絡部は、前記開口部により構成されるスロットアンテナのインピーダンスと、前記同軸給電線のインピーダンスとがマッチングするような位置に設けられている、車両用ガラスアンテナ装置。
3. 請求項１に記載の車両用ガラスアンテナ装置において、
   前記導電部は、透明導電膜により形成されている車両用ガラスアンテナ装置。
4. 請求項３に記載の車両用ガラスアンテナ装置において、
   前記透明導電膜の外周部に導電プリント線が設けられている車両用ガラスアンテナ装置。
5. 請求項１に記載の車両用ガラスアンテナ装置において、
   前記導電部は、はしご状の導電パターンで構成されている車両用ガラスアンテナ装置。
6. 請求項１〜５のいずれかに記載の車両用ガラスアンテナ装置において、
   前記車両の窓ガラスはサイドガラスである、車両用ガラスアンテナ装置。
7. 請求項１〜５のいずれかに記載の車両用ガラスアンテナ装置において、
   前記車両の窓ガラスはフロントガラスである、車両用ガラスアンテナ装置。
8. 請求項２に記載の車両用ガラスアンテナ装置において、
   前記導電部は、熱線と、この熱線の周囲に設けられた導電プリント線とからなる、車両用ガラスアンテナ装置。
9. 請求項８に記載の車両用ガラスアンテナ装置において、
   前記車両の窓ガラスはリアガラスである、車両用ガラスアンテナ装置。

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